Décarboner la distribution

Jun 23, 2023

La canicule estivale a donné au Royaume-Uni un avant-goût de ce à quoi s'attendre du changement climatique. L'expérience a montré qu'il est vital de décarboner les infrastructures. Stephen Gibbs explique comment un nouveau type de gaz isolant pour appareillage de commutation peut aider

SelonOfgem , environ 200 000 unités de commutation desservant le réseau britannique contiennent de l'hexafluorure de soufre (SF6), le gaz isolant qui garantit des opérations sûres et prévisibles. Le SF6 est excellent comme isolant et résiste aux pannes même pendant les arcs électriques.

L'inconvénient du SF6 est qu'il s'agit d'un puissant gaz à effet de serre dont le potentiel de réchauffement climatique est environ 24 000 fois supérieur à celui du CO2. De plus, il peut persister dans l'atmosphère pendant 3 200 ans. Pour cette raison, l'utilisation de SF6 est strictement restreinte et surveillée en vertu de la réglementation britannique sur les gaz F et doit être manipulée par des techniciens certifiés.

Bien que ces mesures minimisent les risques, des traces de gaz peuvent s'échapper et s'échappent par de minuscules imperfections dans les réservoirs de l'appareillage de commutation et de petites pertes lors de la manipulation. En 2019-2020, leLes opérateurs de réseau de distribution du Royaume-Uni(GRD) ont enregistré un taux de fuite moyen de 0,27 %, ce qui équivaut à 866 kg de gaz.

Cependant, les opérateurs peuvent désormais installer des alternatives aux appareillages isolés au gaz SF6 (GIS) grâce au développement récent de la technologie des fabricants d'appareillage électrique, en particulier pour l'appareillage moyenne tension dans les réseaux de distribution. Cela a créé une nouvelle opportunité de décarboner le réseau.

Pour les appareillages de commutation jusqu'à 12 kV, l'air sec est idéal comme milieu isolant pour l'appareillage de commutation. Comme son nom l'indique, il s'agit d'un air extrêmement pur et propre sans teneur en humidité. Il est peu coûteux, abondant et éprouvé, ayant été utilisé à 12 kV pendant de nombreuses années.

Le défi est que lorsque la tension augmente, le niveau d'isolation requis augmente également. Il y a deux solutions possibles à cela.

La première consiste à utiliser de l'air sec à haute pression, ce qui augmente sa rigidité diélectrique (et donc son efficacité en tant qu'isolant électrique). Cependant, cela nécessite un changement de mentalité pour la conception de l'appareillage, en particulier pour les unités de 24 ou 36 kV.

A 36 kV, l'air sec devrait être pressurisé à plusieurs bars. Un bar de pression équivaut à l'expérience d'être sous une colonne d'eau de 10 m de haut. Par conséquent, pour s'adapter à cette pression interne élevée pour l'air sec, les concepteurs d'appareillage doivent fabriquer des réservoirs plus solides avec des parois renforcées. Ils pourraient même utiliser une approche similaire aux réservoirs cylindriques utilisés pour protéger les contacts dans les appareillages à haute tension pour les réseaux de transmission.

Cela créerait un appareillage de commutation de plus grande taille et qui pourrait ne pas tenir dans l'empreinte disponible lorsqu'il est installé en remplacement. Cela créerait également un risque opérationnel car toute perte de pression affecterait immédiatement les performances de commutation, la disponibilité des actifs et la sécurité. Les DNO devraient contrer cela en installant une surveillance étendue de la pression et des alarmes pour fournir les données

Par conséquent, bien que l'air sec lui-même soit peu coûteux et familier, l'appareillage de commutation qui en résulte présente des inconvénients.

La deuxième des deux solutions consiste à utiliser un gaz isolant alternatif qui a été développé pour remplacer le SF6 pour les appareillages de puissance supérieure à 12kV. Celui-ci contient un composé de fluorocétone qui est combiné à de l'air sec dans un rapport de 15% / 85% pour créer un mélange gazeux appelé AirPlus avec une rigidité diélectrique similaire au SF6.

Il peut être déployé avec succès pour un appareillage de commutation de 36 kV à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. En conséquence, les fabricants peuvent utiliser le gaz sans avoir à repenser considérablement l'appareillage de commutation.

Au cours de la durée de vie de l'appareillage, il est similaire à l'exploitation d'un appareillage isolé au SF6, mais sans les exigences de déclaration car il n'est pas soumis à la réglementation sur les gaz fluorés. En cas de perte de pression, l'impact sur les performances serait modeste, permettant à l'opérateur de programmer la maintenance plutôt que de devoir le mettre hors service en urgence. C'est ce qu'on appelle le roulage à plat, semblable à une voiture avec des pneus pour roulage à plat.

Comme toute nouvelle technologie, les opérateurs doivent apprendre de l'expérience pratique des appareillages sans SF6 sur leurs réseaux avant de pouvoir définir une stratégie d'adoption. À l'heure actuelle, plusieurs services publics ont livré des installations pilotes, qu'ils évaluent.

Un exemple est Northern Powergrid, qui a récemment installé deux variantes deTableau de distribution SafePlus d'ABB dans les sous-stations du comté de Durham. Cela inclut les versions 12kV et 24kV, qui sont respectivement isolées avec de l'air sec et le mélange gazeux AirPlus.

Parlant du projet, Joseph Helm, responsable des politiques et des normes chez Northern Powergrid, a déclaré : « Jusqu'à récemment, il y avait peu d'alternatives viables au SF6. Ce projet pilote souligne notre engagement à dépasser les objectifs du plan d'affaires, à adopter les dernières innovations et à réduire les émissions. Nous avons déjà réduit les fuites de SF6 de 23 %, mais nous voulons toujours en générer 15 % supplémentaires d'ici 2028. Le passage à un appareillage de commutation éco-efficace nous aidera à aller de l'avant avec ces engagements ambitieux en matière de carbone.

Pendant ce temps, UK Power Networks évalue l'appareillage de commutation rempli d'AirPlus sur un site près de Dartford dans le Kent dans le cadre d'un projet réalisé dans le cadre du plan d'action environnemental du DNO. Dans le cadre de ce projet, UK Power Networks a spécifié un double jeu de barres et une version sans SF6 deTableau de distribution ZX2 d'ABB – faisant du site la première installation mondiale de ce type. En adoptant le double jeu de barres, l'opérateur bénéficiera d'une plus grande flexibilité et disponibilité.

Pour l'avenir, l'Union européenne a déjà proposé une mise à jour de sa réglementation sur les gaz fluorés qui vise à réduire les émissions de SF6 de deux tiers par rapport à 2014 d'ici 2030. Il est probable que le Royaume-Uni adoptera des mesures similaires.

Cela incitera les DNO à prendre des mesures et à favoriser une plus grande adoption des SIG éco-alternatifs. À son tour, la législation à venir a incité les fabricants d'appareillage de commutation à développer et à affiner des conceptions sans SF6. L'air sec et les alternatives, telles que le mélange gazeux à base de fluorocétone, ont un rôle à jouer. Reconnaissant l'importance de cela, ABB a ouvert les brevets sur l'utilisation de base du gaz fluorocétone afin que la planète puisse en bénéficier. En conséquence, il est probable que nous verrons le développement d'un éventail plus large d'appareillages de commutation sans SF6 au fil du temps.

Stephen Gibbs est directeur de produit Royaume-Uni pour les solutions de distribution chezABB